石河子垦区降水天气现象观测现状分析

朱蓉慧，朱惠芝，张 玲

（1.新疆石河子气象局，新疆 石河子 832000；2.乌兰乌苏农业气象试验站）

0 引言

降水现象是指液态、固态的水汽凝结物或冻结物从云中或空中降落到地面的现象，包括雨、阵雨、毛毛雨、雪、阵雪、米雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、冰粒和冰雹[1]。降水现象是大气和云层运动的综合结果，是天气现象中最为重要的一个组成部分，在影响我国的15 种灾害性天气气候中，就有4 种属于降水现象，因而降水现象引起了越来越多的国家和社会组织的关注。由于降水现象是个复杂的大气物理过程，需要综合判断识别，导致了降水现象观测的自动程度明显滞后于其它地面气象观测要素。

近年来，随着现代光电技术和数字处理技术的发展，国外陆续出现了基于振动法、光学法、摄像法的降水测量仪器，其具备不同程度的降水特征测量能力，但也存在不少问题。2000年后国内的学者对降水类天气现象自动观测的研究逐渐增多，主要有德国OTT Parsivel 雨滴谱仪、美国OSI 公司 Owi -430 d 气现象传感器；2006年我国开展了固态降水自动化试验，2014年7月中国气象探测中心组织6个型号的降水现象仪生产厂家分别在北京南郊综合大气探测试验基地和湖南长沙综合大气探测试验基地进行了为期3 个月的降水现象仪外场对比试验，初步验证了我国自主研发的降水现象仪外场观测的准确性和一致性，为后期仪器的改进奠定了基础[2]。自2016年以来，国内国家级地面气象观测站陆续安装了降水天气现象仪及配套的串口服务器，对地面气象综合观测业务软件进行升级，正式启用降水现象仪进行降水天气的平行观测。降水天气现象仪实现了毛毛雨、雨、雪、雨夹雪、冰雹等5 种天气现象的全天候自动观测，填补了夜间降水现象观测的空白，实现了观测数据自动化和连续性，提高了降水天气现象观测的监测预警能力。

2016年以来，新疆的地面气象观测站陆续实现了降水天气现象的自动观测，从人工观测到仪器自动化观测都凝聚了人类巨大的科研成果和心血。本文对石河子垦区地面降水天气现象观测现状进行分析，从而了解地面气象观测的新观点、新理论、新思路和新技术，展望天气现象观测未来发展趋势。

1 降水天气现象观测现状

本文中石河子垦区选取炮自台、莫索湾、乌兰乌苏和石河子市4 个国家级地面气象观测站的降水天气现象观测现状进行分析。

1.1 降水天气现象的观测记录

石河子垦区的4 个气象观测站自2014年1月起地面气象观测业务调整后，仅在白天人工进行雨、阵雨、毛毛雨、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、冰雹等8 种天气现象的连续观测和记录，而夜间天气现象仅记录发生的现象，不记录天气现象起止时间。自2016年10月起，在石河子垦区的气象站陆续安装了江苏省无线电科学研究所有限公司生产的DSG1型降水现象仪，2017年实现了雨、毛毛雨、雪、雨夹雪和冰雹5 类降水天气现象的24 h 连续自动观测。

1.2 降水量的观测和记录

降水量观测是降水现象观测的重要组成部分，可以观测降水量的仪器种类繁多，石河子垦区的4个气象站自2008年起夏季使用翻斗式余量传感器，冬季仍然为人工称量降水量；2012年安装使用了称

重式余量传感器，结束了冬季人工测量降水量的历史，降水量的观测完全实现了自动化。

1.3 降水类天气现象数据质量

由于人工与自动降水现象观测在观测时间和测量原理方面存在着比较明显的差异。当人工观测改为自动观测时，应进行平行观测，并对观测数据的可用性、准确性等方面的质量进行分析，了解两种观测方式获取的资料序列差异。2018年8月，垦区的4个台站对近年的人工降水现象观测数据和自动观测降水现象数据进行了统计整理，对人工与自动辨识结果进行了数据质量分析。通过研究自动观测与人工观测资料的差异特征，统计分析两种观测方法的相关性，并从中找出误差原因，对了解自动站测量数据的准确性，延长观测资料时间序列，提高降水现象要素气候系列连续性及气候统计可靠性有着重要作用，同时，也为天气预报、气象信息、气候分析等提供了科学依据。

2 降水天气现象观测面临的问题

2.1 观测原理与方法的利弊

石河子垦区4 个国家级地面气象观测站的降水天气现象，自建站以来一直为人工观测，人工观测的数据也被作为标准值使用，但是人工观测存在主观性强、简单化、定性化及观测频次少等缺陷，不能全面、连续地反映天气现象变化，易出现漏记等问题。自动观测可以在客观、定量的结合大气物理、天气动力、气象探测等领域知识的基础上，通过多种信息的综合分析，合理判定发生的降水天气现象。这些连续的、高频次的观测，获取了更多有价值的气象信息，减轻了观测人员的工作量，但由于降水类天气现象仪的取样空间有限，且采样区的环境对数据的影响很大，与人工观测存在差异，造成与自动观测数据间存在一些误差。

2.2 专业理论基础薄弱

由于新型降水天气现象自动观测仪器，采用了大规模集成电路、计算机控制和模块化结构以及一些新型的专用探测元器件，且仪器价格也很昂贵，各台站几乎没有备份仪器，受传统装备保障和管理工作的影响，基层台站业务人员普遍存在重使用、轻维护的思想，仪器装备一旦出现故障，就得逐级上报维修，这样严重影响了观测数据的质量。随着地面气象观测自动化程度的提高，各气象台站常常出现一人身兼数职的现象，不仅需要进行地面气象观测工作，还要处理台站工作中的日常事务，这样就影响了观测人员的精力，导致观测工作中出现一些问题。另外，从事地面气象观测的工作人员不断减少，并且观测人员自身专业技能有限，参加业务培训的机会较少，日常工作中专业知识的积累和更新不够，导致自动观测仪器出现故障时缺乏自主解决问题的能力。

3 结语

任何的降水天气现象观测方法都有其优缺点，若要实现降水天气象观测的全面、连续和定量化，进行降水现象的自动化观测是必然途径，并且国内外的研究人员已经做了大量的试验测试，使得降水现象自动观测在技术方法和手段上已经比较完善，仪器运行稳定、准确、抗干扰性强，观测结果也得到了业务部门的广泛认同。观测人员要适应气象观测自动化的发展需要，依托网络资源和计算机技术，对新仪器设备和技术规范不断的学习掌握，通过开展观测数据的台站级质量控制，初步分析数据结果和应用研发，逐步由传统的观测员变成装备保障员、质量控制员、资料分析员和灾害监测员，从而适应新时期观测工作的需求。

随着经济及社会的发展，降水现象自动化识别的应用越来越普及，要求也越来越高。当前，我们国家在地面气象探测与装备核心技术方面，包括观测方法和算法等研究与世界发达国家相比还存在一定的差距，如何有效提升自动化观测技术水平具有非常重要的意义。其不仅能够减轻气象观测人员的工作压力，还能够有效实现对无人观测区域相关天气现象的自动化识别，为气象服务和气象灾害提供强有力的数据支撑。